2025年10月23日，中國(guó)工程院院刊 Engineering 在線發(fā)表了上海辰山植物園楊俊/王紅霞團(tuán)隊(duì)聯(lián)合美國(guó)肯塔基大學(xué)袁凌教授團(tuán)隊(duì)題為Sustained Growth and Terpenoid Indole Alkaloid Biosynthesis in the Medicinal PlantCatharanthus roseusunder Simulated Microgravity 的研究文章。

該文章初步探明了集觀賞和藥用價(jià)值于一身的長(zhǎng)春花在微重力效應(yīng)模擬設(shè)備：三維回轉(zhuǎn)儀(3D clinostat)上的生長(zhǎng)特性，同時(shí)檢測(cè)了其多種藥用成分的含量變化。

長(zhǎng)春花(Catharanthus roseus (L.) G. Don)是夾竹桃科長(zhǎng)春花屬植物，其合成的長(zhǎng)春堿、長(zhǎng)春新堿(商品名：安可平)是治療白血病、淋巴瘤等惡性腫瘤的一線藥物。同時(shí)長(zhǎng)春花以其花型優(yōu)美和花色多樣，大量運(yùn)用于城市綠化和家庭園藝場(chǎng)景。研究顯示：在模擬微重力效應(yīng)的三維回轉(zhuǎn)儀上，長(zhǎng)春花組培苗下胚軸變短，但總生物量顯著增加;長(zhǎng)春花盆載苗可正常開(kāi)花(圖1)。

圖1 三維回轉(zhuǎn)儀上長(zhǎng)春花的表型變化與統(tǒng)計(jì)分析

轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)：三維回轉(zhuǎn)儀上培養(yǎng)的長(zhǎng)春花，通過(guò)調(diào)節(jié)生長(zhǎng)素運(yùn)輸、氧化應(yīng)激響應(yīng)等信號(hào)通路引發(fā)表達(dá)譜重編程;代謝組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)：萜類(lèi)吲哚生物堿(TIAs)合成基本不受影響：幼葉中長(zhǎng)春質(zhì)堿、文多靈、長(zhǎng)春新堿和脫水長(zhǎng)春堿含量穩(wěn)定，成熟葉中僅長(zhǎng)春新堿和脫水長(zhǎng)春堿輕微減少，核心合成基因表達(dá)基本未變(圖2)。該研究以代謝高度特化的藥用植物長(zhǎng)春花為對(duì)象，探究其在模擬微重力環(huán)境下的生理與分子響應(yīng)，并驗(yàn)證以下三個(gè)核心假設(shè)：①長(zhǎng)春花在模擬微重力條件下能夠完成開(kāi)花過(guò)程，并預(yù)計(jì)可完成整個(gè)生命周期;②模擬微重力環(huán)境作為一種非生物脅迫因子，會(huì)干擾植物正常發(fā)育并誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄組層面的重編程;③盡管受到上述環(huán)境壓力，長(zhǎng)春花仍能維持具有治療價(jià)值的萜類(lèi)吲哚生物堿(TIAs)的合成與積累。研究綜合運(yùn)用表型分析、轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究(并整合已發(fā)表的單細(xì)胞數(shù)據(jù))、基因表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析以及靶向與非靶向代謝組學(xué)技術(shù)，對(duì)上述假設(shè)進(jìn)行了系統(tǒng)驗(yàn)證。

圖2 長(zhǎng)春花葉片中藥用成分的含量變化(a)，萜類(lèi)生物堿PCA(b)、計(jì)數(shù)(c)和Top50差異表達(dá)基因相關(guān)性熱圖(d)。

值得一提的是，該研究通過(guò)三維回轉(zhuǎn)儀模擬微重力效應(yīng)，深化了我們對(duì)植物適應(yīng)空間微重力環(huán)境的理解，為人類(lèi)在更遠(yuǎn)深空建立自給自足的物質(zhì)閉環(huán)系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)參考數(shù)據(jù)。是繼團(tuán)隊(duì)在 Plant Communications 系統(tǒng)綜述變重力實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和未來(lái)太空農(nóng)業(yè)發(fā)展方向以來(lái)的初步研究成果，為后續(xù)擴(kuò)展至更多備選物種的相關(guān)研究奠定基礎(chǔ)。

上海辰山植物園王紅霞副研究員、肯塔基大學(xué)袁凌教授和上海辰山植物園楊俊研究員為論文共同通訊作者。肯塔基大學(xué)呂瑞清研究員和上海辰山植物園碩士研究生孟穎惠為論文共同第一作者。國(guó)際竹藤中心江澤慧教授、張聞博副研究員、鄧雅云工程師和上海辰山植物園科研助理聶好真博士、碩士研究生沈鐵晨為論文的共同作者。該研究先后受到上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和上海市綠化和市容管理局等機(jī)構(gòu)的資金支持。